[发明专利]一种高强度球形含锆氧化铝及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度球形含锆氧化铝及其制备方法，该含锆球形氧化铝具有大比表面积、大孔容和高压碎强度，可用于石油化工及精细化工作为催化剂或催化剂载体。

技术背景

氧化铝具有大的比表面积、合适的孔结构、表面酸性位和晶体结构缺陷等性质，因此在工业领域被广泛用作吸附剂、催化剂或催化剂载体。

氧化铝作为催化剂或催化剂载体用于催化反应时，其形状对催化反应有很大的影响。工业上应用的氧化铝有条形、柱状、蜂窝状和球形等，其中球形氧化铝在作为固定床催化剂或催化剂载体使用时，由于颗粒之间以点相互接触，堆砌均匀，减小了床程阻力，大大提高了传质和催化效果；作为流化床催化剂或催化剂载体使用时，球形外观可大幅度降低磨损率。因此，球形氧化铝在石油化工领域中获得了广泛应用。

氧化锆兼具酸性和碱性，其表面强酸位与活性组分具有强的相互作用，在很多深度脱硫脱氮催化反应中具有高的活性，但是氧化锆比表面积小，孔结构欠发达，热稳定性差，因此限制了其在很多方面的应用。

氧化铝和氧化锆在性能上有很多互补的优势，许多研究表明，在氧化铝中添加适量的氧化锆能够对混合氧化物的性质产生很大影响。氧化铝中加入锆以后，表面酸性、和平均孔径有很大提高，而且可以提高载体的高温稳定性。然而，含锆氧化铝的传统制备方法是机械研磨混合或浸渍法，研磨混合法得到的混合氧化物微观上达不到分子级的均匀，两相的分离比较严重；而浸渍法是在氧化铝上浸渍一层锆盐，然后通过焙烧使其以氧化物的形式覆盖于氧化铝的表面，氧化锆与氧化铝基体之间容易造成不均匀分散，进而影响含锆氧化铝的理化性质、表面性质、孔结构及使用性能。

文献Properties of Al₂O₃-40wt.％ZrO₂composite coatings from ultra-fine feedstocksby atmospheric plasma spraying.Wear，Volume 265，Issues 11-12，26November 2008，Pages 1642-1648中，是将Al₂O₃和ZrO₂粉末混合球磨8小时，然后加入有机防团聚剂，干燥后焙烧得到Al₂O₃-40wt.％ZrO₂复合材料，这种方法得到的复合氧化物均匀性差，两种氧化物都以聚集态存在。

文献：Critical zirconia amount to enhance the strength of alumina.CeramicsInternational，Volume 34，Issue 8，December 2008，Pages 2129-2135.中，用乙醇作为分散剂将Al₂O₃和ZrO₂粉末混合球磨24小时，旋转蒸发干燥后研磨得到粉末，将粉末压制成7mm×6mm×50mm的立方体，然后焙烧得到Al₂O₃-ZrO₂立方体块。该方法得到的Al₂O₃-ZrO₂混合材料同样存在两相的不均匀的问题，且成型方法为将一次粉末粒子压结，该方法不如一次成型方便和均匀。

发明内容：

本发明的目的是提供一种球形含锆氧化铝及其制备方法。本发明是一种基于溶胶凝胶法的油柱成型工艺，该方法可以使混合溶胶均匀凝胶化，保证得到的产品质地均匀、形状规则、强度大，该系列高强度球形含锆氧化铝可作为催化剂或催化剂载体应用于石油化工、精细化工和有机合成的反应过程。

该球形含锆氧化铝具体制备方法如下：

A.将纯度大于99.6％的铝粉加入到浓度为5～20％wt的稀盐酸或浓度为10～25％wt的结晶氯化铝溶液中，在95～102℃条件下使铝粉溶解，制备外观透明、有丁达尔效应的铝溶胶，其中，铝含量为6～20％wt，较好的范围是9～15％wt，Al/Cl的质量比为0.3～3，较好的范围是0.5～1.5。

B.将可溶性锆盐加入到步骤A制得的铝溶胶中溶解，再将有机胺溶入，使体系中Al³⁺和Zr⁴⁺与有机胺的摩尔比为1∶0.1～0.5；充分混合后通过分散器滴入温度为50～110℃的成型油中成型；从油中分离出成型的小球，在老化釜中于100～180℃老化1～20小时；